【正文】 圖十五 空氣調(diào)節(jié)的氣流組織 （二） 空氣凈化的基礎(chǔ)知識 1．潔凈室及其四大技術(shù)要素 根據(jù)生產(chǎn)和科研的要求對室內(nèi)空氣環(huán)境的潔凈度、溫度、相對濕度以及壓力、噪聲、振動、靜電等參數(shù)都進行控制的房間叫潔凈室或潔凈廠房。 潔凈室的四大技術(shù)要素就是：粗效，中效和高效三級過濾，足夠的凈化送 風(fēng)量，室內(nèi)正壓的建立和維持，以及終端高效或超高效過濾器的設(shè)置。 2．潔凈室的應(yīng)用和分類 當今潔凈室已廣泛地應(yīng)用在電子、航天、機械、化工、制藥、食品、醫(yī)療、生物工程??各行各業(yè)。而且，隨著國民經(jīng)濟和科研事業(yè)的飛速發(fā)展，潔凈室的應(yīng)用將越來越廣泛，越來越重要， 潔凈技術(shù)基礎(chǔ)培訓(xùn)教材 潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境 11 潔凈室可按氣流流型和使用用途以及控制的主要對象來分類。 ⑴ 、潔凈室按氣流流型來劃分 ① 單向流（層流）潔凈室，其中又分垂直單向流潔凈室和水平單向流潔凈室。 圖十六 單向流氣流流型 ② 非單向流（亂流）潔凈室 圖十七 非單向流氣流流型 ③ 混合流潔凈室 圖十八 混合流氣流流型 ④ 矢流（對角流）潔凈室 潔凈技術(shù)基礎(chǔ)培訓(xùn)教材 潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境 12 圖十九 矢流氣流流型 ⑤ 各種氣流的特點、創(chuàng)造的潔凈度、應(yīng)用范圍和投資運行費。 ▲ 單向流氣流的凈化原理是活塞和擠壓原理，把灰塵從一端向另一端擠壓出去，用潔凈氣流置換污染氣流。包括有垂直單向流 和水平單向流。 垂直單向流是氣流以一定的速度（ ~）從頂棚流向地坪的氣流流型。這種氣流能創(chuàng)造 100 級、 10 級、 1 級或更高潔凈級別。但其初投資很高、運行費很高，工程中盡量將其面積壓縮到最小，用到必須用的部位。 水平單向流是氣流以一定的速度（ ~）從一面墻流向?qū)γ娴膲Φ臍饬髁餍汀Ｔ摎饬骺蓜?chuàng)造 100 級的凈化級別。其初投資和運行費低于垂直單向流流型。 ▲ 非單向流氣流的凈化原理是稀釋原理。一般型式為高效過濾器送風(fēng)口頂部送風(fēng)；回風(fēng)的型式有下部回風(fēng)、側(cè)下部回風(fēng)和頂部 回風(fēng)等。依不同送風(fēng)換氣次數(shù)，實現(xiàn)不同的凈化級別，其初投資和運行費用也不同。 ▲ 混合流氣流是將垂直單向流和非單向流兩種氣流組合在一起構(gòu)成的氣流流型。這種氣流的特點是將垂直單向流面積壓縮到最小，用大面積非單向流替代大面積單向流以利節(jié)省初投資和運行費。 ▲ 舉例給出不同氣流流型的送風(fēng)量、耗冷量、初投資和運行耗電的具體指標見表一，此指標是以電子工業(yè)潔凈廠房為代表，具體數(shù)據(jù)有參考價值，但不能隨便套用。 表一 不同潔凈級別潔凈廠房的送風(fēng)量、冷量投資耗電的指標 潔凈技術(shù)基礎(chǔ)培訓(xùn)教材 潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境 13 氣流流型 潔凈級別 （級） 送風(fēng)量 （ m/s）（次/h） 耗冷指標 （ W/m2） 投資指標 （ 元 / m2） 耗電指標 （ W/m2） 單向流 垂直 10 100 ~1500 10000~13000 ~ 水平 100 ~1000 5000~6000 ~ 非單向流 1000 50~60次 /h 600~700 2800~3000 ~ 10000 25~30次 /h 500~600 2020~2200 ~ 100000 15~20次 /h 350~400 1400~1600 ~ 注：表中的送風(fēng)量、單向流以斷面風(fēng)速表示，非單向流以換氣次數(shù)表示。 表中冷量指標一般指電子工業(yè)潔凈廠房。 表中的初投資包括潔凈廠房的圍護、冷凍供應(yīng)系統(tǒng)、空調(diào)凈化系統(tǒng)，不含土建結(jié)構(gòu)和自動控制的投資。 表中的耗電量系指制冷系統(tǒng)和空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)耗電，不含電加熱和電加濕的耗電量。 ⑵ 、按使用的用途或控制的主要對象劃分 ① 工業(yè)用潔凈室：以控制灰塵為主要對象。用于電子、航天、機械、化工、化學(xué)制藥??。 ② 生物潔凈室：以控制細菌（微生物）為 主要對象。用于生物制藥、醫(yī)療、食品、生物工程、動物飼養(yǎng)、生物安全等??。 3．潔凈室與一般空調(diào)的差別見表二 潔凈技術(shù)基礎(chǔ)培訓(xùn)教材 潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境 14 表二 潔凈室與一般空調(diào)的差別 比較項目 一般空調(diào) 凈化空調(diào) 原理 送風(fēng)和室內(nèi)空氣充分混合以達到室內(nèi)溫濕度均勻 亂流為稀釋原理，層流為活塞原理，送出的潔凈室空氣先達工作區(qū)，罩籠潔凈工作區(qū) 目的 為了控制溫度、濕度、風(fēng)速和空氣成份的目的 除了一般空調(diào)的目的之外，更重要的是控制粒子的濃度 手段 粗、中效過濾加熱濕交換 除空調(diào)手段外還要加高效、超高效過濾器，對微生物還要有滅菌措施 送風(fēng)量 （次 /h） 一般降溫空調(diào) 8~10 次 /h 一般恒溫空調(diào) 10~15 次 /h 單向流 400~600 次 /h 非單向流 15~60 次 /h 初投資 （元 /m2） 一般降溫 500 元 /m2 一般恒溫 800 元 ~1000 元/m2 單向流 5000~15000 元 /m2 非單向流 1500~3000 元 /m2 運行耗電 （ Kw/m2） 一般降溫 ~ Kw/m2 一般恒溫 ~ Kw/m2 單向流 ~ Kw/m2 非單向流 ~ Kw/m2 冷量指標 （ W/m2） 一般降溫 150~200 W/m2 一般恒溫 200~250 W/m2 單向流 800~1500 W/m2 非單向流 350~700 W/m2 4．工業(yè)潔凈室與生物潔凈室的差別見表三 潔凈技術(shù)基礎(chǔ)培訓(xùn)教材 潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境 15 表三 工業(yè)潔凈室與生物潔凈室的差別表 比較項目 工業(yè)潔凈室 生物潔凈室 研究對象 （主要） 灰塵、粒子只有一次污染。 微生物、病菌等活的粒子不斷生長繁殖，會誘發(fā)二次污染（代謝物、糞便）。 控制方法 凈化措施 主要是采取過濾方法。粗、中、高三級過濾，粗、中、高、超高四級過濾和化學(xué)過濾器等。 主要是采?。虹P除微生物生長的條件，控制微生物的孳生、繁殖和 切斷微生物的傳播途徑。過濾和滅菌等。 控制目標 控制有害粒徑粒子濃度。 控制微生物的產(chǎn)生、繁殖和傳播，同時控制其代謝物。 對生產(chǎn)工藝 的危害 關(guān)鍵部位只要一顆灰塵就能造成產(chǎn)品的極大危害。 有害的微生物達到一定的濃度以后才能夠成危害。 對潔凈室建筑 材料的要求 所有材料（墻、頂、地等）不產(chǎn)塵、不積塵、耐磨擦 所有材料應(yīng)耐水、耐腐且不能提供微生物孳生繁殖條件。 對人和物進入 的控制 人進入要換鞋、更衣、吹淋。物進入要清洗、擦拭。人和物要分流，潔污要分流。 人進入要換鞋、更衣、淋浴、滅菌；物進入要擦拭、清 洗、滅菌；空氣送入要過濾、滅菌，人物分流，潔污分流。 潔凈技術(shù)基礎(chǔ)培訓(xùn)教材 潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境 16 檢測 灰塵粒子可用粒子計數(shù)器檢測瞬時粒子濃度并顯示和打印。 微生物檢測不能測瞬時值，須經(jīng) 48 小時培養(yǎng)才能讀出菌落數(shù)量。 5．潔凈度的等級標準 ISO14644 ISO14644 是國際標準，現(xiàn)在美國、歐洲、日本、俄羅斯和我國都采用此標準，美國原來應(yīng)用的是美國聯(lián)邦標準 209A、 B、 C、 D、 E，現(xiàn)在美國也不用了。原來我們熟悉的 100級、 1000級、 10000級和 100000級都是源自美國聯(lián)邦標準 FS 209B，現(xiàn)在它們分別被國際標準 ISO14644 標 準中的 5 級、 6 級、 7 級和 8 級所替代。 ISO14644 的潔凈度等級標準列表四如下。 表四 潔凈室及潔凈空氣中懸浮粒子的潔凈度等級 ISO14644 空氣潔凈度等級（ N） ≥表中粒徑的最大濃度限值（個 /m3） m m m m 1μ m 5μ m 1 10 2 / / / / 2 100 24 10 4 / / 3 1000 237 102 35 8 / 4 10000 2370 1020 352 83 / 5 100000 23700 10200 3520 832 29 6 1000000 237000 102020 35200 8320 293 7 / / / 352020 83200 2930 8 / / / 3520200 832020 29300 9 / / / 35202000 8320200 293000 注：① 每點應(yīng)至少采樣 3 次。 ② 本標準不適用于表征懸浮粒子的物理、化學(xué)、放射及生命性。 ③ 根據(jù)工藝要求可確定 1~2 粒徑。 ④ 根據(jù)要求粒徑 D 的粒子最大允許濃度由下式確定（粒徑 m~5μ m） ()10C ?? （個 /m3） 式中 N 為潔凈度等級在 1~9 級中間可以 為最小單位遞增量插入。 潔凈技術(shù)基礎(chǔ)培訓(xùn)教材 潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境 17 國標潔凈等級標準 ISO 14644 與各國潔凈度等級標準的比較見表五。 表五 國際標準 ISO14644 與各國標準的比較表 國際標準 ISO14644 中國標準 GB 50073 美國標準 FS 209E 俄國標準 TOCT 50766 日本標準 TIS 9920 德國標準 / / / P0 / / 1 1 / P1 1 1 2 2 / P2 2 2 3 3 P3 3 3 4 4 P4 4 4 5 5 P5 5 5 6 6 P6 6 6 7 7 P7 7 7 8 8 P8 8 8 9 9 / P9 / 9 二．潔凈室的建造特點 （一）建造投資費用高 高級別潔凈室的建造費用很高，一般來說， 100 級垂直單向流的潔凈室，其室內(nèi)裝修（墻、頂、地、門、窗等）和空調(diào)凈化系統(tǒng)（包括制冷空調(diào)設(shè)備和管道配件、凈化設(shè)備和配件等）的初投資大約為 10000 元人民幣 /m2；如果加上純水制備設(shè)備和系統(tǒng)管道，純氣發(fā)生和系統(tǒng)管道，廢水治理設(shè)備和管道，消防系統(tǒng)，供配電和自控系統(tǒng)，真空清掃系統(tǒng)等等，其單位面積的建造投資費用要高達25000~30000 元人民幣 / m2。 就拿已投產(chǎn)的上海華虹 NEC 超大規(guī)模集成電路芯片生產(chǎn)線潔凈室舉例來說，華虹 NEC 為月投片 30000 片 8硅片集成電路前工序生產(chǎn)線，有潔凈室面積約12020m2，其中 10000 m2 是在中心部位，另 2020 m2 在邊跨上。在中心部位的 10000 m2 潔凈室中有 4000 m2 的 1 級、 10 級和 100 級的垂直單向流 潔凈室，另外 6000 m2分別為 1000 級和 10000 級的非單向流潔凈室，總送風(fēng)量約 6,400,000 m3/h。于 1998年底建成投產(chǎn)。 潔凈技術(shù)基礎(chǔ)培訓(xùn)教材 潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境 18 該項目總投資約 100 億人民幣，其中動力設(shè)備和土建投資為 20 億人民幣，占總投資的五分之一。單核心部分的 10000 m2 的潔凈室的建造費用就高達 6000 萬美元（約 5 億人民幣）（日本三機株式會社施工），折合每平方米建造費用約 50000元人民幣 / m2。 （二）運行管理費用大 因為高級別潔凈室凈化風(fēng)量大，新風(fēng)量也大，溫濕度要求嚴格，所以空氣熱濕處理和空氣輸配的能量消耗大，耗電多 ，運行費用貴。 還拿上述華虹 NEC為例，其核心部分 10000 m2潔凈室總的送風(fēng)量為 6,400,000 m3/h，輸送凈化空氣的風(fēng)機耗電量為 3840 Kw/h，全年電費為 1659 萬元（每度電按 元 /設(shè)計），空氣熱濕處理的耗電量約 10000 Kw/h，全年電費為 6000 萬人民幣。全年空調(diào)凈化系統(tǒng)本身的運行費用就高達 7659 萬元人民幣。折合每年單位面積的運行費用為 7659 元 /m2 年。 （三）靈活適應(yīng)性強 因為，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展很快，高科技的產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，尤其是電子工業(yè)的發(fā)展更是日新月異，像集成電路的發(fā)展 2~3 年就更新一代， TFTLCD 的發(fā)展速度更快 1~2 年就上一個臺階。這就要求為其服務(wù)的高級別的潔凈室必須能適應(yīng)其發(fā)展速度，有極好的靈活性和適應(yīng)性。因為建造一個潔凈廠房是百年大計，不是一、二年就會拆掉重建。因此，在設(shè)計和建造潔凈廠房時，就要考慮到工藝的發(fā)展、變更，就要考慮到潔凈廠房的靈活性和適應(yīng)性。從一個潔凈廠房的靈活適應(yīng)角度，可將其分為三個層次，第一是不可變的部分。無論怎樣改都不能改變的部分。如基礎(chǔ)、梁、柱等結(jié)構(gòu)部分；第二是可變但不容易變的部分。如潔凈室的圍護、裝修等；第三是可變而且容易改變的部分。如動力、空氣 、水、氣體溶劑的供給部分和廢氣、廢水、廢料等排放部分。 （四）安全、可靠性好 從前面（一）、（二）兩條特點可以得出建造和使用這樣的潔凈室要付出何等的代價。但是為了生產(chǎn)出高可靠、高質(zhì)量的高科技產(chǎn)品也必須具備這樣的生產(chǎn)環(huán)境。因為，建造潔凈室的目的是為使用，是為